棉花品种资源黄萎病田间抗性鉴定和评价

曹 阳，严玉萍，朱 波，周小凤，吕 博，房 健，张 燕，方 瑞，冯振秀

(1.新疆生产建设兵团 第五师农业科学研究所，新疆双河 833400；2.新疆农垦科学院 棉花研究所，新疆石河子 832000；3.湖北省农业科学院 经济作物研究所/农业部长江中游棉花生物学与遗传育种重点实验室，武汉 430074；4.新疆双河水控农业发展集团有限公司，新疆双河 833400)

随着产业优势的转移、种植技术和纺织技术的集成创新，棉花产业和市场对新疆棉花品种的主要性状要求越来越高[1]。棉花黄萎病(Verticilliumwilt)是由大丽轮枝菌(Verticilliumdahliae)引起的土传维管束病害，病叶向上蜷曲，呈掌状斑驳，夏季暴雨过后有时会出现急性青萎症状[2-3]。造成棉花产量损失一般在10%～20%，严重时高达60%以上[4]，在棉花育种和生产实践中发现，不同品种在相同病情指数下，产量和品质损失程度不一致[5-6]。棉花生产中仍然缺乏控制黄萎病为害的抗病品种[7]，准确评价品种的抗病性，在棉花品种审定、抗病育种及相关研究中至关重要[8-9]。田间抗性动态鉴定、稳定筛选和准确检测技术及挖掘新的抗性资源，成为棉花抗黄萎病育种的世界性课题和亟待突破的技术难关。中国棉花科研工作者已聚焦农业种质资源的收集、利用工作[10]。国内研究人员系统鉴定了多份棉花种质的黄萎病抗性，表明抗源非常缺乏[11]，生产中仍然缺乏能够控制黄萎病为害的抗病品种[12]。种植面积的扩大、重茬年限的增加以及相互引种等原因[13]，使棉花黄萎病在新疆主要植棉区大范围发生，发病程度中度及中度以上的病田占48.1%，重病田占24.1%，严重威胁新疆棉花的可持续发展[14]。中国棉花黄萎病病原菌的易变性和群体结构的复杂性致使资源对黄萎病抗性较差，且抗性丧失较快[15]；30 ℃以上高温会抑制病菌的生长和孢子的萌发，但环境温度条件适宜时，又加重发生[16]。黄萎病病菌易受环境影响产生新的致病类型，土壤中病原菌的逐年累积及强致病力类型菌株增多导致防治难度加大[17]。中国通过表型与基因型精准鉴定应用于育种创新的农业种质资源不足10%，大多数资源还没有开发利用[18]。

种质资源是基因的载体[19]，通过更加全面的田间综合性状鉴定，把资源数量优势转换为精准利用优势是一项长期和艰巨的任务。抗病性关系到棉花的生产安全[20]，以新疆为主的西北内陆棉区选育的多数品种抗病能力偏弱[21]，抗性上还无法满足生产中更高、更好的需求。国内对于抗性鉴定和评价的研究较少，加强抗性鉴定研究显得迫在眉睫[22]，在棉花遗传育种研究中具有举足轻重的地位[23-25]。本试验于2018-2019年，连续两年对收集到的396份品种资源展开研究，进行田间抗病能力调查[26]，掌握这批资源的生长发育特点，为高效利用提供科学基础[27]，增加抗性资源数量，提升抗病育种基础和抗病棉花品种利用价值，减少盲目性。同时，结合工作实践，提出抗病种质研究中需要完善的工作，为抗病种质资源的高效利用和黄萎病综合治理提出建议，服务科研与生产需求。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验设计

材料由新疆农垦科学院提供，为农垦科学院近年来保存和收集的育成品种资源，共396份。力求通过较大的群体数量和地理位置来源，以增加遗传多样性。其中西北内陆171份(新疆自育材料169份)，黄河流域127份，长江流域66份，北部特早熟棉区11份，国外21份。

田间试验于2018年和2019年连续两年在新疆兵团第五师农科所试验基地进行。试验采用膜下滴灌，机采棉播种方式，行距配置为66 cm+ 10 cm，平均行距38 cm，平均株距10.0 cm，每小区 2行，小区长2.0 m，小区面积1.52 m2，每排间设40 cm走道，理论株数26.3万株/hm2。试验采取间比法排列，重复两次。试验田肥力中等，连作棉花近30 a，栽培管理按本地大田生产常规措施进行。

1.2 调查项目、方法及数据采集

黄萎病圃发病程度高，发病均匀，鉴别力强，但病圃数量有限，只有少数单位具备；连作多年的自然病田也可作为品种资源抗病性鉴定的依据，其与病圃中黄萎病的病情消长趋势相似[28]，在铃期棉花黄萎病发病高峰时进行病叶调查是一种常用的评判各品种的抗病水平方法，准确性和可靠性较高。由于鉴定材料众多，为了控制田间鉴定系统误差，试验区域选择肥力相当、地势平坦的地点。黄萎病调查以6月底(蕾期)、8月底(铃期)两次进行，为防止因样本过小造成的误差，每小区内植株全部调查，采用5级制进行分级，计算发病率、病指及相对抗性指数[29]。

病情指数(DI)=[∑(级值×相应级值的株数)÷(4×调查总株数)]×100

校正系数(K)=50÷当年标准品种DI

相对病情指数(RDI)=K×鉴定品种的病情指数

田间管理措施规范一致，数据采集时期和采集方法按照《棉花种质资源调查标准和描述规范》[30]执行，数据处理采用Microsoft Excel 2016进行，并利用统计函数分析标准差、变异系数等。产量以小区实收计产，皮棉样品送新疆农垦科学院进行品质测试，包括纤维长度、比强度、马克隆值等指标。

2 结果与分析

2.1 不同种质黄萎病病指分布分析

根据科研工作实践，棉花黄萎病发生受环境气候变化影响控制，年度间病指绝对值差别较大，但病指高低趋势基本一致。试验田与病圃相比，发病程度较轻，但也从一定程度反映出种质间抗黄萎病能力的差异，可以作为抗病强弱参考利用。以‘新陆早8号’作为感病对照，8月底采用相对抗性指数作为种质黄萎病田间鉴定结果。在两年田间调查中，虽然为同一批种质、同一鉴定地点，年度间发病差别很大，2019年发病程度远低于2018年。从自然黄萎病田鉴定结果看(表1)，6月底棉花开花前，黄萎病发生轻，两年平均，73.2%种质未见发病，病指0.1～5.0种质占比 24.5%，5.1～10.0占2.0%，10.1～20.0占 0.3%。8月底相对抗性指数10.0以下的有105份，占总数的26.5%，10.1～20.0的有108份，占总数的27.3%%，超过20.0的有183份，占总数的46.2%。不同程度抗病能力的资源丰富多样，为进一步选育抗病品种提供了良好的遗传物质 基础。

表1 黄萎病病指分布状况

2.2 不同年度间黄萎病发病状况分析

同一试验田中，相同资源不同年份间黄萎病发病率和病指差别大(表2)。6月底黄萎病发生普遍很轻，平均病指0.7，极差16.4，材料之间变幅相对较小，前期鉴定仅可作为抗性参考；8月底发病高峰平均病指14.9，病指极差高达58.7。具体表现为：2018年前期发病较晚，前期平均病害略轻于2019年，后期发病明显重于2019年，平均病指高8.7。两年中，6月底发病最重的材料发病率已达30%左右；2018年8月底，发病最重材料全部发病，2019年，发病最重材料发病率近90%，两年病指最大值均超过50，2018年比2019年发病最重材料病指高23.5。足以表明，新疆兵团第五师棉田病害严重，需组织重点科技项目和科研人员对黄花萎病进行更加深入系统的研究，制定长期治理方案。

表2 黄萎病发病率及病指变化

2.3 黄萎病变异程度和相关性分析

对鉴定结果的变异程度进行统计分析，供试鉴定资源两年不同鉴定时间表现为(表3)：发病率与病指极显著正相关，相关系数达到0.93以上；变异系数反映了数据离散程度的绝对值，6月底和8月底发病率和病指变异系数很大，尤其以6月差异更明显，平均值均超过200，表明材料间黄萎病抗性强弱表现不一，可以通过人工定向鉴定和选择，筛选出抗黄萎病资源用于杂交育种亲本材料；两次田间鉴定发病率间、病指间也均表现出极显著正相关，即前期发病重的，后期发病也重，表明通过6月发病情况可以初步判定材料的抗性。

表3 黄萎病变异程度及相关性

2.4 优异抗病资源的鉴定筛选

两年鉴定结果表明(表4)，8月底黄萎病病指≤10、纤维长度超过≥29 mm、断裂比强度≥29.0 cN/tex、马克隆值3.5～4.9、皮棉产量≥2 250 kg/hm2的资源36份，可作为今后亲本材料用于提高抗病性品种改良，增加遗传多样性，培育适应性更广的品种或突出性状的中间育种材料。

表4 优异抗病资源田间抗病性鉴定

3 讨 论

新疆抗黄萎病育种与棉花生产的要求还有较大差距[31]，抗病种质和新品种培育难度很大，如何在新疆长年植棉的现实背景下，实现棉花高产优质高效，是科技工作者不懈的目标。在当前技术和生产条件下，探寻控制病害的途径，以减轻对农业生产的影响，促进棉花产业在新疆持续发力，巩固新疆棉花优势地位，使棉花成为产业兴疆、增收致富的源泉。

3.1 抗性鉴定结果受年度间气候等因素影响，可直接利用的抗性资源数量有限

通过两年对不同来源的品种资源黄萎病田间鉴定，受温湿度等气候变化因素影响，鉴定材料年度间黄萎病发生程度差别较大，但同一种质不同年份间发病轻重趋势基本一致。苗期少有发病，现蕾后开始发生，开花后逐渐加重，至吐絮前的棉花铃期发病达到高峰。有些资源虽然抗性好，但存在着长势弱、结铃少、过于晚熟等突出缺陷，利用价值有限。可将各性状间协调较好的资源充分挖掘，作为抗病亲本快速利用，以验证其价值，确定可否作为核心抗病亲本，不断复合杂交和定向选育，改良新疆机采棉品种的抗病能力。

3.2 开展专项抗病品种的选育和抗病种质创新

抗黄萎病育种进展缓慢，与抗黄萎病种质资源少有关[32]，需要科技工作者和科研项目管理部门专项组织开展基础种质的挖掘，通过重点科技项目立项，联合开展技术攻关，制定长期治理规划方案。黄河流域棉区科研院所及种业发展历程悠久，科技力量雄厚，汇集了全国70%以上的科研院所及技术人才，已在新疆南北建立了多个育种研发基地，对新疆气候条件和病原情况已有充分认识，结合新疆本地科研力量，加速抗病品种和种质创新的开放与共享，推进科技进步。

3.3 通过抗病性联合鉴定筛选出有影响力的公认抗源

新疆植棉区地域辽阔，属典型的温带大陆性气候，气候干旱，盐碱较重，温度和光照源有别，管理技术和水平不等，各地土壤质地、黄萎病菌致病力也有很大差别，在联合抗病鉴定中，不过度追求早熟性及品质，以免因各性状间的互作和连锁而丧失抗性，构建抗病的公认核心资源，广为利用，满足变化、细分、精准化的市场需要。

3.4 加强对棉花黄萎病菌致病类型及遗传多样性研究分析

惠慧等[33]研究表明，落叶型棉花黄萎病菌大丽轮枝菌在新疆各棉区已广泛分布，需进一步开展棉花抗性遗传及分子标记的研究，充分了解抗病基因在不同抗病品种中的分布，多途径开展抗黄萎病种质创制，经人工定向培育和选择，加快抗病育种进程[34-35]。

3.5 采取有计划的深翻措施

黄萎病菌在0～20 cm的土壤中成聚集或均匀分布[36]，利用物理空间，使耕作层中多年积累的病菌适度翻到更深层(50 cm)，隔离根系与病原接触的机会[37]。此项措施已在新疆部分重病区实施，可有效减轻病害。

3.6 轮作倒茬是有效且科学的

随着植棉年限增加，病菌累积多，变异广泛，采用重病区控制规模，有计划适度轮作，调节微生物菌群，改善单一土壤微生物环境，明显减轻病害程度，平衡土壤中养分[38]。从全疆管理政策规划层面入手，在当前农产品价格较好的背景下，选择收益相对较高的作物，对植棉超过30 a的棉田，每年将重病区20%的面积倒茬一次，提高土壤自身抵御黄萎病能力。

3.7 开发利用有机肥和生物菌肥

通过施用工厂化有机肥，将生物量大的生物秸杆如玉米等加工成有机肥，为棉田所利用，适当减少化学肥料投入。采用棉秆还田、施用农家肥(肥源很有限)等措施培肥地力，改善微生物群落；另外，多种芽孢杆菌对棉花黄萎病具有拮抗效果，芽孢杆菌耐受能力强、繁殖速度快、分布范围广，可作为绿色防控棉花黄萎病的重要生防菌进行研究、开发，利用生防菌株的竞争作用、拮抗作用和诱导系统抗性等机制[39-40]，经滴灌设施随水滴施，发挥生物防治效果。